Anwendung von Folienschneidemaschinen in der Erneuerbare-Energien-Industrie: Lösung zum Schneiden von Lithiumbatterie-Separatoren

Einleitung: Warum ist das Schlitzen wichtig?

In Lithiumbatterien ist der Separator eine dünne Folie mit mikroporöser Struktur zwischen den positiven und negativen Elektroden. Seine Hauptaufgabe besteht darin, Kurzschlüsse beim Kontakt zwischen den Polen zu verhindern und gleichzeitig den freien Durchgang von Lithiumionen zu ermöglichen. Defekte im Separator, wie Grate, Verunreinigungen, Falten oder ungenaue Abmessungen, können zu Leistungseinbußen, Selbstentladung oder sogar thermischem Durchgehen (Brand und Explosion) führen.

Daher ist das technische Niveau der Schneidemaschine als letzter wichtiger Prozess, bei dem die breite Rohfolie in die erforderlichen schmalen Fertigrollen geschnitten wird, direkt für Ausbeute, gleichbleibende Qualität sowie Sicherheit und Leistung der fertigen Batterie entscheidend.

1. Eigenschaften und Herausforderungen beim Schneiden von Lithiumbatterie-Separatoren

Lithiumbatterie-Separatoren (hauptsächlich PP/PE oder keramikbeschichtete Folien) sind äußerst schwierig zu verarbeitende Materialien, was extrem hohe Anforderungen an den Schneidprozess stellt:

1. Extrem dünn und zerbrechlich: Die Dicke des Septums beträgt normalerweise zwischen 5 und 20 μm (Mikrometer), ist also dünner als ein Haar und neigt während des Schneidevorgangs sehr zum Ziehen, Reißen und Falten.

2. Hochwertige Materialien: Die Kosten für Separatoren machen 10–20 % der Gesamtkosten der Batterie aus, und jeder Schnittverlust bedeutet einen enormen wirtschaftlichen Verlust.

3. Extrem hohe Sauberkeitsanforderungen: Schon kleinste Verunreinigungen durch Staub und Metallpartikel führen zu einem Kurzschluss in der Batterie. Der Schneidprozess muss staubfrei und staubarm erfolgen.

4. Strenge Maßgenauigkeit: Breitentoleranzen müssen normalerweise innerhalb von ±0,1 mm oder sogar ±0,05 mm kontrolliert werden, da dies sonst die Ausrichtung der nachfolgenden Zellwicklung oder -laminierung beeinträchtigt.

5. Perfekte Wickelqualität: Es ist erforderlich, dass die Wickelspannungsregelung äußerst genau ist, die Spule sauber und bewegungsfrei ist, kein Chrysanthemenmuster und keine harten Stellen aufweist, da es sonst zu einer schlechten Abwicklung und einer Verformung der Membran kommt.

2. Die Kernlösung der professionellen Lithiumbatterie-Separator-Schneidemaschine

Um die oben genannten Herausforderungen zu bewältigen, verfügen moderne Hochleistungs-Membranschneidemaschinen über eine Reihe hochmoderner Technologien und Lösungen, darunter:

1. Hochpräzises Spannungskontrollsystem

Dies ist die „Seele“ der Schneidemaschine. Das System verwendet eine vollständige Spannungsregelung und umfasst normalerweise:

• Mehrstufige Spannungskontrolle: Vom Abwickeln über das Ziehen bis zum Aufwickeln ist es für einen reibungslosen Übergang in mehrere unabhängige Spannungskontrollzonen unterteilt.

• Hochempfindlicher Spannungssensor: Überwachen und optimieren Sie die Spannung in Echtzeit, um zu verhindern, dass Spannungsschwankungen zu einer Dehnung oder Entspannung der Membran führen.

• Konische Spannungsregelung: Mit zunehmendem Wickeldurchmesser wird die Spannung automatisch linear reduziert, um die gleichmäßige Festigkeit der inneren und äußeren Schichten zu gewährleisten und so ein „hartes Rollen“ und ein „Chrysanthemenmuster“ zu vermeiden.

2. Erweiterte Schneidemethoden

• Klingenmaterial: Verwenden Sie ultraharte, ultrascharfe diamantbeschichtete Klingen oder Keramikklingen, um scharfe Schnitte zu gewährleisten, die Lebensdauer zu verlängern und die Staubentwicklung zu reduzieren.

• Schnitttechniken:

◦ Scherschnitt: Die am häufigsten verwendete Methode. Die oberen und unteren Rundmesser schneiden präzise wie eine Schere, mit guter Scherwirkung, glatt und gratfrei und mit weniger Staubentwicklung. Werkzeugwinkel und Überlappung müssen präzise eingestellt werden.

◦ Rasierklingenschneiden: Wird für extrem dünne oder speziell beschichtete Membranen mit schnellerem Werkzeugverlust und feinerer Kontrolle verwendet.

3. Staubfreies und sauberes Design

• Vollständig geschlossene Struktur: Der Hauptkörper der Maschine ist geschlossen und hält im Inneren einen leichten Überdruck aufrecht, um das Eindringen von Staub von außen zu verhindern.

• Integrierter Ionenluftstab: Beseitigt statische Elektrizität auf der Filmoberfläche vor und nach dem Schneiden, um die Aufnahme von Staub zu verhindern.

• Inline-Staubabsaugungssystem: ausgestattet mit einer Vakuumsaugvorrichtung, um beim Schneiden entstehende Staubspuren in Echtzeit in der Nähe der Messerkante abzusaugen.

• Antimetall-Design: Kritische Kontaktkomponenten bestehen aus Keramik- oder Polymermaterialien, um die Entstehung von Metallspänen durch Metall-auf-Metall-Reibung zu vermeiden.

4. Hochpräzises Leit- und Führungssystem (EPC)

• Installieren Sie vor dem Abwickeln, Schneiden und Aufwickeln hochpräzise fotoelektrische oder CCD-Sensoren, um die Position der Filmkante in Echtzeit zu erkennen.

• Die Mikrobewegung der Walze bzw. des gesamten Gerätesatzes wird durch ein pneumatisches oder Servosystem angetrieben, um sicherzustellen, dass die Folienrolle während des gesamten Schneidvorgangs immer entlang eines vorgegebenen Pfads läuft und so die Konsistenz der Schnittbreite gewährleistet wird.

5. Intelligentes Antriebs- und Steuerungssystem

• Antrieb mit mehreren Servomotoren: Jede Hauptrolle und jede Einzugsrolle wird von unabhängigen Servomotoren mit hoher Synchronisation, schneller Reaktionsgeschwindigkeit und präziser Steuerung angetrieben.

• HMI-Mensch-Maschine-Schnittstelle: Das integrierte Touchscreen-Steuerungssystem kann verschiedene Prozessparameter (wie Spannung und Geschwindigkeit verschiedener Membranspezifikationen usw.) voreinstellen, speichern und abrufen, um eine „Produktionsänderung mit einem Klick“ zu erreichen.

• Datenprotokollierung und MES-Integration: Zeichnen Sie die Schnittdaten (Länge, Breite, Spannungskurve usw.) jeder Produktrolle auf, verfolgen Sie den gesamten Produktionsprozess und stellen Sie eine Verbindung mit dem Manufacturing Execution System (MES) her, um die Anforderungen intelligenter Fabriken der Industrie 4.0 zu erfüllen.

6. Automatisierung und Zusatzgeräte

• Automatische Be- und Entladesysteme (AGVs/Manipulatoren): Reduzieren Sie manuelle Eingriffe und vermeiden Sie Stöße und Verunreinigungen.

• Integrierte Schnittstelle zum Online-Fehlererkennungssystem: Es kann mit dem visuellen Inspektionssystem verknüpft werden, um Fehler während des Schneidvorgangs zu finden und automatisch zu markieren oder zu sortieren.

• Etikettier- und Wiegesystem: Jede Rolle des Fertigprodukts wird automatisch mit Produktinformationen etikettiert und die Meterlänge wird automatisch gewogen und abgerechnet.

3. Kurzbeschreibung des Schneideprozesses

1. Zuführung: Die Masterspule (breite Rohfolie) wird per Fahr- oder FTS-System präzise auf der Abwickelspule platziert.

2. Filmeinfädeln: Fädeln Sie den Filmkopf manuell oder halbautomatisch durch eine Reihe von Führungsrollen, Zugrollen, EPC-Korrektoren und Schneidwerkzeughaltern.

3. Parametereinstellung: Wählen Sie die Spezifikationen dieses Schnitts (Breite, Länge, Spannung usw.) auf dem HMI aus oder geben Sie sie ein.

4. Mit dem Schneiden beginnen: Das Gerät läuft automatisch gemäß voreingestellten Parametern, um das Abwickeln bei konstanter Spannung, die Korrektur, das Präzisionsschneiden, die Staubentfernung, das Aufwickeln und andere Aktionen abzuschließen.

5. Entladen und Verpacken: Nachdem das Schneiden abgeschlossen ist, fordert das Gerät dazu auf, und der Bediener oder Manipulator entnimmt die fertige Spule und verpackt sie vakuumverpackt (normalerweise in einem Reinraum der Stufe 10.000), um Feuchtigkeitsaufnahme und Kontamination zu verhindern.

4. Entwicklungstrend

1. Schneller und effizienter: Die Schneidgeschwindigkeiten werden ständig erhöht, um den wachsenden Kapazitätsanforderungen des Marktes gerecht zu werden.

2. Intelligenter und anpassungsfähiger: Es werden KI-Algorithmen eingeführt, die es der Maschine ermöglichen, Parameter wie die Spannung basierend auf dem Echtzeitzustand der Folie, beispielsweise Dickenschwankungen, automatisch zu optimieren und anzupassen.

3. Integration: Es ist enger mit dem vorgelagerten Beschichtungsprozess und dem nachgelagerten Wickelprozess verknüpft, um eine integrierte Produktionslinie zu bilden.

4. Geeignet für Separatoren der neuen Generation: Passen Sie sich den Verarbeitungsanforderungen neuer Materialien wie dünneren Verbundseparatoren und Festelektrolytmembranen an.

Abschluss

Im Kontext der dynamischen Entwicklung der erneuerbaren Energien ist die Folienschneidemaschine nicht mehr nur ein einfaches Schneidegerät, sondern ein High-End-Gerät mit Präzisionstechnik, intelligenter Steuerung, zerstörungsfreier Verarbeitung und Reinigungstechnologie. Die Schneidlösung des Lithiumbatterie-Separators ist ein Schlüsselelement für die Sicherheit, Konsistenz und hohe Energiedichte von Lithium-Ionen-Batterien und fördert so den technologischen Fortschritt und die zuverlässige Entwicklung der gesamten erneuerbaren Energien. Die Wahl einer leistungsstarken, hochstabilen und professionellen Membranschneidemaschine ist für jeden High-End-Membranhersteller eine unumgängliche Entscheidung.